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科學(xué)技術(shù)獎丨自主創(chuàng)新 安全發(fā)展 賡續(xù)“國之光榮”新篇章
——記秦山核電“運行許可證延續(xù)技術(shù)創(chuàng)新工程團(tuán)隊”
時間:2024年09月25日 來源:中核核電運行管理有限公司 作者:張江濤 高軒 陶革 趙傳禮 陶鈞 姚旭京 點擊量: 分享:

2021年9月,生態(tài)環(huán)境部官網(wǎng)發(fā)布通知,根據(jù)《中華人民共和國核安全法》及《中華人民共和國民用核設(shè)施安全監(jiān)督管理條例》有關(guān)要求,經(jīng)國家核安全局批準(zhǔn),秦山核電廠運行許可證獲準(zhǔn)延續(xù),有效期延續(xù)至2041年7月30日。這標(biāo)志著我國首臺核電機(jī)組成功實現(xiàn)延續(xù)運行,秦山核電“運行許可證延續(xù)技術(shù)創(chuàng)新工程團(tuán)隊”傳承、發(fā)揚“國之光榮”精神,再次實現(xiàn)了“零的突破”。2023年,秦山核電“運行許可證延續(xù)技術(shù)創(chuàng)新工程”榮獲中國核能行業(yè)協(xié)會2023年科學(xué)技術(shù)獎企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新工程獎。

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1985年3月20日,我國自行設(shè)計建造的第一座核電站——秦山核電站在海鹽縣開工建設(shè)。從它誕生的那一刻起,就被賦予了“掌握技術(shù)、積累經(jīng)驗、培養(yǎng)人才”的歷史使命。1991年12月15日,秦山核電站首次并網(wǎng)發(fā)電成功,中國大陸無核電的歷史就此改寫,被譽(yù)為“國之光榮”。

經(jīng)過30余年的自主發(fā)展,如今,秦山核電已建成9臺機(jī)組,總裝機(jī)容量666萬千瓦,年發(fā)電量超520億千瓦時,是我國核電機(jī)組數(shù)量最多、堆型最全面的核電基地,助力浙江成為核電大省。

核電站長期服役的基礎(chǔ):定期體檢、強(qiáng)健體魄

秦山核電站初始運行許可證的有效期限為30年,至2021年到期。隨著有效期限的不斷臨近,秦山核電站是繼續(xù)運行還是直接退役?這是秦山核電廠一度面臨的選擇題。實際上,這也是整個中國核電行業(yè)必須直面的選擇題。

秦山核電站設(shè)計、建造于上世紀(jì)七八十年代,設(shè)計建造能力、工藝標(biāo)準(zhǔn)、冶金材料和制造水平體現(xiàn)了當(dāng)時的特點。投運30年來,秦山核電站一直嚴(yán)格按照國家核安全監(jiān)管部門的要求和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行定期“體檢”,每年還投入數(shù)千萬元進(jìn)行變更改造和設(shè)備更新,始終將電廠維持在高的安全水平和“新”的狀態(tài)下,使建造之初的原型堆徹底轉(zhuǎn)變成了一個安全穩(wěn)定運行的商用堆。

秦山核電廠在2003年完成第一次定期安全審查,對安全重要的設(shè)備進(jìn)行了老化機(jī)理分析及老化管理審查。2004年,電廠成立了專門的老化管理機(jī)構(gòu),組織開展核電廠的系統(tǒng)性老化管理工作。根據(jù)國際原子能機(jī)構(gòu)、美國核管會等機(jī)構(gòu)針對核電廠的老化管理方法,秦山核電廠建立了全廠老化管理大綱,對應(yīng)該作為老化管理對象的系統(tǒng)、構(gòu)筑物和部件進(jìn)行了篩選,并對反應(yīng)堆壓力容器、蒸汽發(fā)生器、穩(wěn)壓器波動管、核級電纜、安全殼及堆腔混凝土等關(guān)鍵設(shè)備和構(gòu)筑物開展了老化管理及壽命評估活動。

一系列關(guān)鍵設(shè)備實際狀態(tài)的老化評估結(jié)果顯示,秦山核電廠 “體魄強(qiáng)健”,完全具備許可證延續(xù)的基礎(chǔ),從技術(shù)上確保了該機(jī)組運行許可證延續(xù)的可能性。

秦山核電廠在延續(xù)運行期間,每年可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益十多億元。同時,核電機(jī)組延續(xù)運行期間依然進(jìn)行的檢測、維修、評估和改進(jìn)等一系列生產(chǎn)相關(guān)活動都會持續(xù)對核電關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)、地方經(jīng)濟(jì)、就業(yè)等產(chǎn)生有利影響。

隨著國家“雙碳”目標(biāo)的提出,我國能源結(jié)構(gòu)正經(jīng)歷加速轉(zhuǎn)型,由于風(fēng)能和太陽能等可再生能源的間歇性特性,其在彌補(bǔ)電力供應(yīng)缺口方面以及保障電網(wǎng)穩(wěn)定性方面需要充分發(fā)揮核電的作用。所以,通過運行許可證延續(xù)令核電廠能夠持續(xù)供電,是符合保障國家能源供應(yīng)安全和能源結(jié)構(gòu)多樣化要求的合理選項。

在秦山核電廠所在的浙江,上述能源供應(yīng)安全維度的意義愈加突顯。浙江是我國經(jīng)濟(jì)大省,卻是能源資源稟賦小省,2020年一次能源資源自給率只有7%,核電就成為了實現(xiàn)碳達(dá)峰的主力和有力手段。

至此,秦山核電廠“是否要進(jìn)行延續(xù)運行”的問題,已經(jīng)有了答案。2014年,秦山核電廠運行許可證有效期限延續(xù)(OLE)項目正式啟動。下一步,要解決的是“如何開展延續(xù)運行”的問題,這是一項系統(tǒng)性更強(qiáng)、有更多空白留待填補(bǔ)的任務(wù)。

延續(xù)運行決策的關(guān)鍵:安全是首要考量

一臺核電機(jī)組能在初始設(shè)計壽命基礎(chǔ)上延長服役多久,由誰來決定、怎么決定?

一座核電站是否決定運行許可證延續(xù),主要取決于安全性、經(jīng)濟(jì)性等因素。其中,安全是首要考量,這也與我國核安全體系歷來的政策主張和實踐相一致。

為了實現(xiàn)延續(xù)運行,秦山核電廠開展了多方面的技術(shù)研究:包括核電廠老化與許可證延續(xù)法規(guī)、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)體系研究;核電廠老化管理和許可證延續(xù)評價技術(shù)研究;核電廠重大設(shè)備更換技術(shù)研究;核電廠狀態(tài)監(jiān)測與在役檢查技術(shù)研究;核電廠壽期經(jīng)濟(jì)性分析技術(shù)研究;核電廠高輻射水環(huán)境下特種維修技術(shù)研究;核電廠功率提升方法研究等。

需要強(qiáng)調(diào)的是,延續(xù)運行的申請并不是核電站在運行許可證到期前的突擊工作和簡單“走過場”。要實現(xiàn)延續(xù)運行,必須對核電機(jī)組進(jìn)行科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)亩ㄆ诎踩珜彶楹投炕睦匣芾?,對核電廠開展全面的分析論證、持續(xù)改進(jìn)提升安全性能,并經(jīng)過大量復(fù)雜的分析評價及相應(yīng)的安全審評,這背后以足夠完備的技術(shù)和數(shù)據(jù)儲備作為支撐,是個漫長的過程。

秦山核電廠之所以能獲準(zhǔn)延續(xù)運行,關(guān)鍵原因是該電站雖起步最早,但絕非“老態(tài)龍鐘”,多年來不斷更新改造,各項性能指標(biāo)保持在世界前列,本次又通過了全面且嚴(yán)格的“體檢”審查。另一方面,也離不開監(jiān)管部門、核電營運方和研究設(shè)計院在國內(nèi)尚無先例可循的情況下持續(xù)開展緊密合作、協(xié)同推進(jìn)。

在圍繞運行許可證延續(xù)的安全評估中,必須對關(guān)鍵設(shè)備和部件進(jìn)行壽命評估,以保證這些設(shè)備的許可證延續(xù)期內(nèi)滿足安全要求和運行功能要求。分析表明,制約或極大程度地影響核電廠壽命的關(guān)鍵設(shè)備和部件是反應(yīng)堆壓力容器、堆內(nèi)構(gòu)件、穩(wěn)壓器、蒸汽發(fā)生器、反應(yīng)堆冷卻劑泵泵殼、主管道等靜止部件,以及安全殼等主要構(gòu)筑物。特別是反應(yīng)堆壓力容器、安全殼,因為他們是屬于不可更換設(shè)備或構(gòu)筑物。必須對核電廠中的部件進(jìn)行機(jī)組延續(xù)運行期間的安全評估,包括老化部件壽命評估和更為精確的時限老化分析。

秦山核電廠還邀請國際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)對整個運行許可證延續(xù)項目進(jìn)行全過程的長期運行安全審評(SALTO),對標(biāo)國際通行的做法,查找發(fā)現(xiàn)可能存在的問題,并認(rèn)真組織整改落實,得到了國際同行的認(rèn)可。

2016年底,秦山核電正式向國家核安全局提交秦山核電廠的運行許可證延續(xù)申請報告。接下來,進(jìn)入了監(jiān)管部門審查及現(xiàn)場工程改造環(huán)節(jié)。按照流程,只有經(jīng)國家核安全監(jiān)管機(jī)構(gòu)審查合格后,核電廠才能獲得準(zhǔn)予延續(xù)運行的法律文件,若審查中發(fā)現(xiàn)某些設(shè)備或部件不符合安全要求則必須改進(jìn)乃至更換,直至滿足安全要求。

從第一次定期安全審查后啟動全廠老化管理開始計算,秦山核電廠運行許可證有效期延續(xù)的籌備工作鋪墊開展了近20年之久。該項目在國內(nèi)屬于首次實施,中國核能行業(yè)一方面借鑒了國際上大量成功實施的經(jīng)驗,另一方面也通過大量的前期準(zhǔn)備工作、國內(nèi)外廣泛的技術(shù)交流掌握了開展運行許可證有效期延續(xù)所必需的關(guān)鍵技術(shù)和能力,為后續(xù)國內(nèi)其他核電站及國際同類電廠開展此項工作打下了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。

目前,國家核安全局根據(jù)核安全法已經(jīng)基本明確了后續(xù)開展核電廠運行許可證延續(xù)工作的技術(shù)路線,相信后續(xù)會進(jìn)一步建立完善相關(guān)法規(guī)導(dǎo)則和標(biāo)準(zhǔn)體系,形成符合我國國情的有特色的監(jiān)管和實踐體系。

十分特殊的“118大修”

秦山核電廠的第十八次換料大修( 下稱118大修 ),在中國核電行業(yè)創(chuàng)造了一段前所未有的大修史。

核電站大修分為十年大修、五年大修、年度大修、短大修等?!吨袊斯I(yè)報》曾對此報道,118大修無異于一場“大型手術(shù)”。除了按照規(guī)劃開展十年大修相關(guān)維修、試驗及變更改造工作外,此次大修還結(jié)合機(jī)組運行許可證延續(xù),實施了主控盤臺改造、常規(guī)島設(shè)備更新改造、穩(wěn)壓器安全端焊縫600合金堆焊等重特大變更改造。整個大修共計完成檢修項目15500余項,而一般的十年大修只有8000余項。大修完成后,秦山核電廠還將發(fā)電功率從32萬千瓦提升到35萬千瓦。工程改造后的機(jī)組更加安全、更加高效、標(biāo)準(zhǔn)更高,秦山核電廠 “重新煥發(fā)青春”。

要實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型與氣候目標(biāo),核電不能缺席

世界核協(xié)會(WNA)官網(wǎng)統(tǒng)計資料顯示,核電廠運行許可證有效期限延續(xù)是普遍的國際實踐?!昂朔磻?yīng)堆的性能并沒有呈現(xiàn)與年齡相關(guān)的變化趨勢?!笔澜绾藚f(xié)會在近期發(fā)布的《世界核能性能報告》中表示,“在過去五年里,核反應(yīng)堆的平均容量因子并未隨年齡增長出現(xiàn)明顯的整體變化?!?/span>

除經(jīng)濟(jì)效益之外,國際原子能機(jī)構(gòu)認(rèn)為,延長在役核電站的運行年限將顯著提高低碳電力的可用性和穩(wěn)定性,對于全球?qū)崿F(xiàn)氣候目標(biāo)、在2050年前完成向清潔能源過渡來說至關(guān)重要。

通過秦山核電的實踐為整個核電行業(yè)積累運行許可證延續(xù)經(jīng)驗,具有重要意義。秦山核電在國內(nèi)首開核電站延長服役的先河,對于后續(xù)機(jī)組具有示范價值,“核電站許可證延續(xù)不僅有助于清潔能源轉(zhuǎn)型,而且還是多個市場上最具成本效益的低碳電力來源。


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